.NET中的并行处理，并发和异步编程。

　　网上看了很多异步的方式，各种方式都有，梳理下.NET中编写异步的方式，避免混淆。.NET提供的异步方式可以归纳为三种：.NET中的并行处理，并发和异步编程。在梳理.NET中的并行处理，并发和异步编程之前，先来了解下同步、异步、并行、并发等概念

一、异步编程中涉及的概念

　　1、同步(Synchronous)和异步(Asynchronous)

　　　　同步和异步的本质区别是是否需要等待，比如一个方法要执行，必须等前面一个方法程执行完成，才可以执行，这就是同步。如果不需要等上一个方法执行完成，并行或者并发执行，这就是异步调用。

　　2、并发(Concurrency)和并行(Parallelism)

　　　　并行才是真正意义上的并行执行，并发只是线程的交替执行，有可能存在串行的情况。在单核CPU的系统，线程只能是并发的，而不能支持并行，并行执行只能存在与多核CPU的系统。

　　　　并行(parallel)：指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。所以无论从微观还是从宏观来看，二者都是一起执行的。

　　　　并发(concurrency)：指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速的轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使多个进程快速交替的执行。

 　　3、临界区

　　　　临界区，可以理解为公共的资源或者说共享数据。临界区具有保护性，也就是说，只能一个线程占用临界区，一旦一个线程占了临界区，另外一个线程是不予许再占用的，必须等线程释放了才行。

　　4、阻塞(Blocking)和非阻塞(Non-Blocking)

　　　　阻塞是线程的一种比较严重的情况，从前面我们知道了临界区只能允许一个线程占用，假如一个线程因为执行时间过长，占用了临界区，不挂起，其它想要占用临界区的线程只能等待，这种情况就容易造成线程阻塞。非阻塞的话就相反了，指所有线程都正常执行，不会出现线程占临界区不挂起的情况。

　　5、饥饿(Starvation)、死锁(Deadlock)和活锁(Livelock)　　

　　　　饥饿，有些情况可能是一个线程优先级太低了，每次都被其它线程占用了，导致该线程一直不能占用临界区。也有一些情况是上一个线程执行时间太长了，一直没释放，导致其它线程都不能占用临界区，这也是造成线程饥饿。死锁有可能是因为线程死循环调用等等情况造成的，一旦出现这种情况估计就得人工排查了。活锁，是因为线程互相挂起临界区，给其它线程用，互相“谦让”，导致资源在两个或者几个线程之间跳到，这种情况就是活锁。

二、异步编程　　

　　.NET提供了三种用于执行异步操作的模式：

• 基于任务的异步模式（TAP），它使用一种方法来表示异步操作的启动和完成。TAP是在.NET Framework 4中引入的。这是.NET 中异步编程的推荐方法。C＃中的async和await关键字以及Visual Basic中的Async和Await运算符添加了对TAP的语言支持。

• 基于事件的异步模式（EAP），这是用于提供异步行为的基于事件的旧模型。它需要一种具有Async后缀和一个或多个事件，事件处理程序委托类型以及EventArg派生类型的方法。EAP是在.NET Framework 2.0中引入的。不再推荐用于新开发。

• 异步编程模型（APM）模式（也称为IAsyncResult模式），这是使用IAsyncResult接口提供异步行为的旧模型。在这种模式下，同步操作需要Begin和End方法（例如，BeginWrite并EndWrite实现异步写操作）。对于新的开发，不再建议使用此模式。

　　1、APM模式

　　（1）APM详解

　　　　APM是微软利用委托和线程池帮助我们实现的一个模式，该模式利用一个线程池线程去执行一个操作，在FileStream类BeginRead方法中就是执行一个读取文件操作，该线程池线程会立即将控制权返回给调用线程，此时线程池线程在后台进行这个异步操作；异步操作完成之后，通过回调函数来获取异步操作返回的结果。此时就是利用委托的机制。所以说APM是利用委托和线程池线程搞出来的模式，包括后面的基于事件的异步编程和基于任务的异步编程，还有C# 5中的async和await关键字，都是利用这委托和线程池搞出来的。他们的本质都一样，后面方法使异步编程更加简单。.NET1.0时期就提出的一种异步模式，并且基于IAsyncResult接口实现BeginXXX和EndXXX类似的方法。.net中有很多类实现了该模式(比如HttpWebRequest)，同时我们也可以自定义类来实现APM模式(继承IAsyncResult接口并且实现BeginXXX和EndXXX方法)

　　（2）HttpWebRequest示例

using System;
using System.IO;
using System.Net;
using System.Text;
using System.Threading;

namespace APMDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            string url = "https://www.baidu.com/";
            var request = HttpWebRequest.Create(url);
            request.BeginGetResponse(AsyncCallbackMethod, request);//BeginGetResponse,发起异步请求
            Console.WriteLine($"运行主线程");
            Console.ReadKey();
        }

        /// <summary>
        /// 回调方法
        /// </summary>
        /// <param name="asyncResult"></param>
        public static void AsyncCallbackMethod(IAsyncResult asyncResult)
        {
            HttpWebRequest request = asyncResult.AsyncState as HttpWebRequest;
            var response = request.EndGetResponse(asyncResult);//EndGetResponse异步请求完成
            var stream = response.GetResponseStream();
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            Console.WriteLine($"当前线程Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            using (StreamReader reader = new StreamReader(stream))
            {
                var content = reader.ReadLine();
                sb.AppendLine(content);
                Console.WriteLine($"结果：{sb.ToString()}");
            }
        }
    }
}

　　执行结果：

  

　　2、EAP模式

　　（1）详解

　　　　EAP是.net 2.0提出的，实现了基于事件的异步模式的类将具有一个或者多个以Async为后缀的方法和对应的Completed事件，并且这些类都支持异步方法的取消、进度报告和报告结果。然而.net中并不是所有的类都支持EAP。当调用基于事件的EAP模式的类的XXXAsync方法时，就开始了一个异步操作，并且基于事件的EAP模式是基于APM模式之上的，而APM又是建立在委托之上的。下面的Demo就以BackgroundWorker类来演示如何使用EAP异步。

　　（2）示例

using System;
using System.ComponentModel;

namespace EAPDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            EAPManage.GetStudentAsync(4, student =>
            {
                Console.WriteLine($"学生姓名：{student.Name}");
            });
            Console.WriteLine($"主线程中");
            Console.ReadKey();
        }
    }

    public class EAPManage
    {
        /// <summary>
        /// 获取信息
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private static Student GetStudent(int stuID)
        {
            return new Student
            {
                Id = stuID,
                Name = "xiaoming"
            };
        }

        /// <summary>
        /// (async)
        /// </summary>
        /// <param name="userItem">contain: Guid(required)</param>
        /// <param name="handler">callback</param>
        public static void GetStudentAsync(int stuID, GetStudentHandler handler)
        {
            var background = new BackgroundWorker();
            background.DoWork += (sender, e) => { e.Result = GetStudent(stuID); };
            background.RunWorkerCompleted += (sender, e) =>
            {
                if (handler == null || e.Result == null || e.Result.GetType() != typeof(Student)) return;
                handler(e.Result as Student);
            };
            background.RunWorkerAsync();
        }
        public delegate void GetStudentHandler(Student student);
    }

    public class Student
    {
        public int Id { get; set; }
        public string Name { get; set; }
    }
}

　　执行结果：

  

　　3、TAP模式

　　（1）详解

　　　　.NET4.0提出了基于任务的异步编程模型，使用 Async 和 Await 的异步编程

• 方法签名包含 async 修饰符，按照约定，异步方法的名称以“Async”后缀结尾
• 方法通常包含至少一个 await 表达式，该表达式标记一个点，在该点上，直到等待的异步操作完成方法才能继续。 同时，将方法挂起，并且控制权返回到方法的调用方。
• 异步方法在 await 表达式执行时暂停并不构成方法退出，只会导致 finally 代码块不运行
• 标记的异步方法本身可以通过调用它的方法等待
• 异步方法通常包含 await 运算符的一个或多个实例，但缺少 await 表达式也不会导致生成编译器错误。 如果异步方法未使用 await 运算符标记暂停点，那么异步方法即使有 async 修饰符也会作为同步方法执行，编译器将为此类方法发布一个警告

三、并行编程

 　　并行开发目前还没有详细了解过，这里搜罗了比较好的文章，有时间研究下

　　https://www.cnblogs.com/stoneniqiu/category/749413.html

　　https://www.cnblogs.com/huangxincheng/category/368987.html

四、线程

　　之前写过一篇介绍线程的文章，这里就不在啰嗦了